WO2012071751A1

WO2012071751A1 - 摄像系统和摄像方法

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Publication number: WO2012071751A1
Application number: PCT/CN2010/079737
Authority: WO
Inventors: 张铧铧; 陈树毅; 徐鹏; 胡扬忠; 邬伟琪
Original assignee: 杭州海康威视软件有限公司
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-06-07
Also published as: CN101977285A; CN101977285B

Description

摄像系统和摄像方法

技术领域

[01] 本发明涉及图像釆集领域，具体地涉及摄像系统和摄像方法。

背景技术

[02] 由于目前全球使用的电源公频为 50/60 Hz, 而相机视频图像的频率有艮多种。尤其是在高清领域，由于像素越来越高而帧率变得越来越低。帧率例如可以是 25帧 /秒、 22.5帧 /秒、 15帧 /秒、 12.5帧 /秒、 10帧 /秒、 9帧 /秒或 8帧 /秒等。在视频监控领域的应用中，如何使视频或抓拍图像与外部光源同步变得尤为重要。

[03] 图 1示出了发光装置（例如，信号灯、照明装置等）在曝光时间内的能量变化图。

[04] 由于视频曝光和外部光源不同步，在相同曝光时间里，曝光时间相对于信号灯同步信号的相位是移动的。在曝光时间内补进每帧图像的能量是不同的。曝光时间内的能量总和：

S = J sin x ( tl-tO )₅

[05] 其中， tO表示曝光开始时刻， tl表示曝光结束时刻。（tl-tO ) 表示视频图像的曝光时间。 s表示能量，并随着 to和 tl位置而变化。

[06] 例如，目前艮多高清智能网络相机交通领域应用，釆用选择常亮发光二极管（简称 LED )信号灯来避开相机视频或者抓拍图片和频闪 LED光源同步问题，但釆用常亮 LED灯存在以下几个问题：首先，很多十字路口信号灯已经安装完毕，相机受到路口已经安装信号灯中 LED灯管限制，没法适应所有工程应用；其次，常亮灯管功率比较大，浪费能源，环境污染，而且 LED寿命受到影响，容易老化损坏；再次，如果釆用常亮 LED灯，晚间信号灯区域过曝问题艮难解决。

[07] 类似地，在用交流驱动信号驱动的路灯照明的情况下，由于该交流驱动信号与摄像系统的视频曝光不同步，也可能造成视频亮度变化或变黑。 [08] 可见，发光装置的交流驱动信号与摄像系统的视频曝光不同步，可能造成视频亮度变化或变黑，或造成抓拍图像亮度变黑。

[09] 因此，需要一种能够根据发光装置的驱动信号的频率来进行拍摄的技术。

发明内容

[10] 在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

[11] 本发明的一个主要目的在于，提供能够根据发光装置的驱动信号的频率来摄像的摄像系统和摄像方法。

[12] 根据本发明的一个方面，提供了一种摄像系统。在该摄像系统附近布置了用交流驱动信号驱动的发光装置。该摄像系统包括：视频帧驱动信号产生单元，用于每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的 N个周期产生一个视频帧驱动信号，其中， N为大于或等于 1的整数，发光装置被布置在摄像系统附近；以及图像釆集生成单元，用于根据视频帧驱动信号釆集视频帧以产生视频。

[13] 根据本发明的再一个方面，提供了一种摄像方法，包括：每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的 N个周期产生一个视频帧驱动信号，其中， N为大于或等于 1的整数，实际驱动信号为交流信号；以及根据视频帧驱动信号釆集视频帧以产生视频。

[14] 在本发明中，通过根据发光装置的驱动信号的频率来摄像，使得拍摄的视频清晰并且视频亮度稳定。

附图说明

[15] 参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将釆用相同或类似的附图标记来表示。 [16] 图 1是示出用交流驱动信号驱动的发光装置的发光信号的能量曲线；

[17] 图 2是示出根据本发明的第一实施例的摄像系统的框图；

[18] 图 3是示出根据本发明的第二实施例的摄像系统的框图；

[19] 图 4是示出根据本发明的第三实施例的摄像系统的框图；

[20] 图 5是示出根据本发明的第四实施例的摄像系统的框图；

[21] 图 6是示出根据本发明的第五实施例的摄像系统的框图；

[22] 图 7是示出根据本发明的第六实施例的摄像系统的框图；

[23] 图 8是示出根据本发明的第七实施例的摄像系统的框图；

[24] 图 9是示出根据本发明的第八实施例的摄像系统的框图；

[25] 图 10是示出根据本发明的第九实施例的摄像系统的框图；

[26] 图 11是示出根据本发明的第十实施例的摄像系统的框图；

[27] 图 12是示出根据本发明的第十一实施例的摄像方法的流程图；

[28] 图 13是示出根据本发明的第十二实施例的摄像方法的流程图；

[29] 图 14是示出根据本发明的第十三实施例的摄像方法的流程图；

[30] 图 15是示出根据本发明的第十四实施例的摄像方法的流程图；以及

[31] 图 16是示出交通信号灯的能量曲线。

具体实施方式

[32] 下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

摄像系统

[33] 以下参考图 2来描述根据本发明的第一实施例的摄像系统 200。

[34] 用交流驱动信号驱动的发光装置（未示出）可以被布置在摄像系统 200附近。例如，发光装置可以是交通信号灯、路灯或者其他用交流驱动信号驱动的发光装置。如图 2所示，摄像系统 200可以包括相位检测单元 202、同步信号产生单元 204、第一时钟信号产生单元 206、视频帧驱动信号产生单元 208和图像釆集生成单元 210。相位检测单元 202可以检测发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位与理想驱动信号的同步信号的相位之间的相位差并产生用于表示相位差的相位差信号。第一时钟信号产生单元 206可以产生与相位差信号相对应的第一时钟信号。同步信号产生单元 204可以在第一时钟信号的控制下产生发光装置的理想驱动信号的同步信号。视频帧驱动信号产生单元 208可以在第一时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号。图像釆集生成单元 210 可以响应于视频帧驱动信号釆集视频帧以产生视频。在图 2中，虛线框内的同步信号产生单元 204和视频帧驱动信号产生单元 208可以集成在一起，从而形成一个控制模块。

[35] 例如，摄像系统 200可以设置在交通信号灯附近、路灯附近或者其他需要监控的地点。也可以在使用交流电驱动的照明灯照明的室内进行视频通话时使用摄像系统 200。

[36] 以下参照图 3来描述根据本发明的第二实施例的摄像系统 300。

[37] 用交流驱动信号驱动的发光装置（未示出）可以被布置在摄像系统 300的附近。摄像系统 300可以包括相位检测单元 202、同步信号产生单元 204、第一时钟信号产生单元 206、视频帧驱动信号产生单元 208、图像釆集生成单元 210、信号检测单元 212、第二时钟信号产生单元 214和时钟选择单元 216。摄像系统 300和摄像系统 200的区别在于，摄像系统 300包括信号检测单元 212、第二时钟信号产生单元 214和时钟选择单元 216。信号检测单元 212可以检测发光装置是否发光。第二时钟信号产生单元 214可以产生独立的第二时钟信号。时钟选择单元 216可以在信号检测单元 212检测到发光装置发光的情况下，选择第一时钟信号作为用于视频帧驱动信号产生单元的时钟信号，以及在信号检测单元 212未检测到发光装置发光的情况下，选择第二时钟信号作为用于视频帧驱动信号产生单元的时钟信号。第二时钟产生单元 214可以是晶振部件以及其他任何可以产生时钟的部件。为了简明，在此不再赘述与根据第二实施例摄像系统 200的各单元类似的单元的描述。

[38] 在图 3中，虛线框内的同步信号产生单元 204、视频帧驱动信号产生单元 208、信号检测单元 212和时钟选择单元 216可以集成在一起，从而形成一个控制模块。

[39] 以下参照图 4来描述根据本发明的第三实施例的摄像系统 400。

[40] 用交流驱动信号驱动的发光装置（未示出）可以被布置在摄像系统 400的附近。摄像系统 400可以包括相位检测单元 202、同步信号产生单元 204、第一时钟信号产生单元 206、视频帧驱动信号产生单元 208、图像釆集生成单元 210、信号检测单元 212、第二时钟信号产生单元 214和时钟选择单元 216和相位调整单元 218。摄像系统 400 和摄像系统 300的区别在于，摄像系统 400包括相位调整单元 218。视频帧驱动信号产生单元 208以时钟选择单元 216所选择的第一时钟信号或第二时钟信号为基准产生触发信号。相位调整单元 218可以调整以时钟选择单元 216所选择的第一时钟信号或第二时钟信号为基准所产生的触发信号相对于理想同步信号的相位，使得视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的触发信号输出到视频帧驱动信号产生单元 208。视频帧驱动信号产生单元 208基于经过调整的触发信号产生视频帧驱动信号。

[41] 可选地，根据第三实施例的摄像系统 400可以不包括信号检测单元 212、第二时钟信号产生单元 214和时钟选择单元 216。在这种情况下，相位调整单元 218直接接收来自第一时钟信号产生单元 206 所产生的第一时钟信号并对第一时钟信号进行相位调整，使得视频帧的曝光程度适当，之后将经过调整的第一时钟信号输出到视频帧驱动信号产生单元 208。

[42] 在图 4中，虛线框内的同步信号产生单元 204、视频帧驱动信号产生单元 208、信号检测单元 212、时钟选择单元 216和相位调整单元可以集成在一起，从而形成一个控制模块。

[43] 以下参照图 5来描述根据本发明的第四实施例的摄像系统 500。

[44] 摄像系统 500类似于摄像系统 400。摄像系统 400和摄像系统 500的区别在于，在摄像系统 500中，相位调整单元 218可以调整视频帧驱动信号的相位使得视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的视频帧驱动信号输出到图像釆集生成单元 210。在摄像系统 400中，相位调整单元 218可以调整以时钟选择单元 216所选择的第一时钟信号或第二时钟信号为基准所产生的触发信号相对于理想同步信号的相位，使得视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的触发信号输出到视频帧驱动信号产生单元 208。

[45] 在图 5中，虛线框内的同步信号产生单元 204、视频帧驱动信号产生单元 208、信号检测单元 212和时钟选择单元 216可以集成在一起，从而形成一个控制模块。

[46] 以下参照图 6来描述根据本发明的第五实施例的摄像系统 600。

[47] 在摄像系统 600中，第一时钟信号产生单元 206可以包括滤波子单元 206-2和压控振荡子单元 206-4。其中，滤波子单元 206-2可以从相位检测单元 202检测到的相位差信号中滤波高频噪声，压控振荡子单元 206-4可以才艮据滤波后的相位差信号产生第一时钟信号。

[48] 实际上，在摄像系统 200、摄像系统 300、摄像系统 400和摄像系统 500 中，第一时钟信号产生单元 206也可以包括滤波子单元 206-2和压控振荡子单元 206-4。

[49] 在图 6中，虛线框内的同步信号产生单元 204、视频帧驱动信号产生单元 208、信号检测单元 212和时钟选择单元 216可以集成在一起，从而形成一个控制模块。

[50] 以下，在发光装置为信号灯以及图像釆集生成单元 210为高清视频釆集单元的情况下，对摄像系统 600进行描述。

[51] 在传统技术中，视频帧驱动信号和信号灯的驱动信号是两个相互独立运行的信号，一旦高清视频釆集单元开始工作，视频帧驱动信号和信号灯的驱动信号将按照自己的频率开始工作。如果能够在视频帧驱动信号和信号灯的驱动信号间建立起负反馈机制，使得相机每帧视频曝光在信号灯的某个相位间左右摆动，则建立起信号灯与相机每帧视频曝光的动态同步，从而解决了信号灯与高清视频釆集单元所釆集的每帧视频曝光同步问题。可以将以上方案理解为从视频的角度去实现相机每帧视频曝光与信号灯同步。

[52] 相位检测单元 202负责检测信号灯信号相位与同步信号产生单元 204所产生的信号灯的理想驱动信号的同步信号与视频帧同步的输出信号间的相位差。

[53] 滤波子单元 206-2例如可以釆用低通滤波器滤除相位检测单元 202检测出的相位差（例如，电压信号）抖动的高频噪声，提供表示相位差的电平信号。 [54] 压控振荡子单元 206-4可以对滤波子单元 206-2输出的电平信号产生对应的时钟频率。

[55] 同步信号产生单元用于根据时钟选择单元 216所提供的时钟信号来产生信号灯的理想驱动信号的同步信号并将该同步信号输出到相位检测单元 202。视频帧驱动信号产生单元 208将根据时钟选择单元 216所提供的时钟产生视频帧驱动信号，并将视频帧驱动信号输出到相位调整单元 218。

[56] 相位调整单元 218对视频帧驱动信号的相位进行调整，并将经调整的视频帧驱动信号输出到前端的图像釆集生成单元 210, 即，高清视频釆集单元。图像釆集生成单元产生和信号灯同步信号同相位的视频。

[57] 信号检测单元 212根据是否检测到信号灯同步信号来确定工作模式是信号灯同步模式还是信号灯非同步模式。时钟选择单元 216信号检测单元选择的工作模式选择对应的时钟。

[58] 如果工作模式为与信号灯同步模式，则时钟选择单元 216选择压控振荡子单元 206-4提供的时钟信号。如果工作模式为信号灯非同步模式，则时钟选择单元 216选择第二时钟信号产生单元（例如，晶振单元） 214提供的时钟信号。相位调整单元 218可以从 0至 360度相位选择一个合适相位使得视频帧的曝光程度最佳。

[59] 通 i± ^目位调整，在视频中信号灯处于一个合适的亮度，使得视频帧不过曝，从而例如能够准确区分信号灯的状态。这个合适相位的调整可以与现场相关，也可以与信号灯（例如， LED ) 的特性相关。

[60] 在以上的各个实施例中，理想驱动信号的同步信号的频率和视频帧驱动信号的频率可以是倍数关系。换句话说，理想驱动信号的同步信号的频率可以是视频帧驱动信号的频率的 N倍。相反，视频帧驱动信号的频率可以是理想驱动信号的同步信号的频率的 N倍。这里， N是大于或等于 1的整数。可以根据图像釆集生成单元 210的前端图像传感器的最大视频帧率来确定倍数 N。

[61] 在以下的描述中， / 为同步信号产生单元 204所产生的理想驱动信号的同步信号的频率， /_ν为视频帧驱动信号产生单元 208所产生的视频帧驱动信号的频率。

由于要使发光装置的驱动信号与图像釆集生成单元 210釆集视频帧所用的视频帧驱动信号的频率保持同步，所以 /和/^需要满足倍数关系，即 /w =N x/_v, 或 /_v =N x/_ferf, 其中， N为大于或等于 1的整数。

[62] 以下，在满足关系式 /_terf =N x/_v的情况下，进行推导。

[63] 目前全球范围内市电的频率为 50/60Ηζ。如果发光装置的驱动信号是从市电通过半波整流出来的，则发光装置的频率 /^为 50/60Ηζ。如果发光装置的驱动信号是从市电通过全波整流出来的，则发光装置的频率 /^为 100/120Ηζ。

[64] 视频帧率（即，视频帧驱动信号的频率）可能受到图像釆集生成单元 210的前端图像传感器的限制。假设前端图像传感器的工作的最大时钟频率为则最大视频帧率 /_WflX=/_dA H*V, 其中， H表示每一行需要多少个时钟频率， V表示一帧图像需要多少个行。尽管不同的前端传感器帧率是不同的，但是对于某一个特定的前端图像传感器是固定的。

[65]

, 如果 NO为整数，则 N=N0。如果 NO为非整数，则 N=[N0]+1。其中， [NO]表示对 NO取整数。

[66] v If =f_ledl ( N x/ =N0 N。

[67] 通过上述推导，可以确定 N的值。即， N的值受到前端图像传感器的最大时钟频率 f_clk的限制。

[68] 类似地，在需要满足关系式 /_v =N x/_terf的情况下，可以通过类似推导，得到 Ν的值，在此不再赘述。

[69] 以下参照图 7来描述根据本发明的第六实施例的摄像系统 700。

[70] 用交流驱动信号驱动的发光装置（未示出）可以被布置在摄像系统 700附近。例如，发光装置可以是交通信号灯、路灯或者其他用交流驱动信号驱动的发光装置。如图 7所示，摄像系统 700可以包括视频帧驱动信号产生单元 702和图像釆集生成单元 704。视频帧驱动信号产生单元 702可以每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的 Ν 个周期产生一个视频帧驱动信号，其中， Ν为大于或等于 1的整数。图像釆集生成单元 704可以响应于视频帧驱动信号釆集视频帧以产生视频。

[71] 例如，摄像系统 700可以设置在交通信号灯附近、路灯附近或者其他需要监控的地点。也可以在使用交流电驱动的照明灯照明的室内进行视频通话时使用摄像系统 700。

[72] 以下参照图 8来描述根据本发明的第七实施例的摄像系统 800。

[73] 用交流驱动信号驱动的发光装置（未示出）可以被布置在摄像系统 800的附近。如图 8所示，摄像系统 800可以包括视频帧驱动信号产生单元 702、图像釆集生成单元 704、同步信号产生单元 706、驱动信号选择单元 708和信号检测单元 710。摄像系统 700和摄像系统 800的区别在于，摄像系统 800包括同步信号产生单元 706、驱动信号选择单元 708和信号检测到单元 710。

[74] 其中，同步信号产生单元 706可以产生备用同步信号，该备用同步信号与发光装置的实际驱动信号的同步信号的理想频率同频。信号检测单元 710可以检测发光装置是否发光。在信号检测单元 710检测到发光装置发光的情况下，驱动信号选择单元 708将实际驱动信号的同步信号提供给视频帧驱动信号产生单元 702, 以及在信号检测单元 710未检测到发光装置发光的情况下，驱动信号选择单元 708将备用同步信号提供给视频帧驱动信号产生单元 702。视频帧驱动信号产生单元 702可以每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的周期或备用同步信号的 N个周期产生一个视频帧驱动信号，其中， N为大于或等于 1的整数。换句话说，视频帧驱动信号产生单元 702对驱动信号号的周期进行计数。图像釆集生成单元 704可以响应于视频帧驱动信号釆集视频帧以产生视频。通 i½摄像系统 800中设置同步信号产生单元 706、驱动信号选择单元 708和信号检测单元 710, 在未检测到发光装置发光的情况下，摄像系统 800可以根据同步信号产生单元产生的备用同步信号来进行工作。这样，即使发光装置的频率随着时候有轻微变化，图像釆集生成单元 704釆集的视频也可以基本上和发光装置的驱动信号的频率保持同步。

[75] 可选地，同步信号产生单元 706可以不产生备用同步信号而产生帧同步信号。可以将帧同步信号的频率设定为最大视频帧率 f f =fd 其中， /_ctt表示图像釆集生成单元的前端图像传感器的工作的最大时钟频率， H表示每一行需要多少个时钟频率， V表示一帧图像需要多少个行。

[76] 在信号检测单元 710检测不到发光装置的驱动信号的同步信号的情况下，驱动信号选择单元 708选择帧同步信号并将帧同步信号输出到视频帧驱动信号产生单元 702。

[77] 与备用同步信号的情况不同的是，视频帧驱动信号产生单元 702不对帧同步信号进行计数，而是响应于帧同步信号的周期产生用于控制图像釆集生成单元 704的一组序列。图像釆集生成单元 704在该组序列的驱动下釆集视频帧以产生视频。

[78] 这样，在检测不到发光装置的驱动信号的同步信号的情况下，可以釆用具有最大视频帧率的帧同步信号来釆集视频帧，从而提高视频清晰度。

[79] 以下参照图 9来描述根据本发明的第八实施例的摄像系统 900。

[80] 如图 9所示，摄像系统 900可以包括视频帧驱动信号产生单元 702、图像釆集生成单元 704、同步信号产生单元 706、驱动信号选择单元 708、信号检测单元 710和相位调整单元 712。

[81] 摄像系统 900和摄像系统 800的区别在于，摄像系统 900包括相位调整单元 712。相位调整单元 712可以调整发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位或备用同步信号的相位使得视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的实际驱动信号的同步信号或备用同步信号发送给视频帧驱动信号产生单元 702。

[82] 可选地，摄像系统 900可以不包括同步信号产生单元 706、驱动信号选择单元 708和信号检测单元 710。换句话说，相位调整单元 712直接接收发光装置的驱动信号的同步信号，并对该同步信号的相位进行调整。之后，相位调整单元 712将经过调整的同步信号输出到视频帧驱动信号产生单元。

[83] 以下参照图 10 来描述根据本发明的第九实施例的摄像系统 1000。

[84] 如图 10所示，摄像系统 1000可以包括视频帧驱动信号产生单元 702、图像釆集生成单元 704、同步信号产生单元 706、驱动信号选择单元 708、信号检测单元 710和相位调整单元 712。

[85] 摄像系统 1000和摄像系统 900的区别在于，相位调整单元 712 和视频帧驱动信号产生单元 702的位置。在摄像系统 1000中，相位调整单元 712调整视频帧驱动信号的相位使得视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的视频帧驱动信号发送给图像釆集生成单元。在摄像系统 900中，相位调整单元 712可以调整发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位或备用同步信号的相位使得视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的实际驱动信号的同步信号或备用同步信号发送给视频帧驱动信号产生单元 702。

[86] 可选地，摄像系统 900可以不包括同步信号产生单元 706、驱动信号选择单元 708和信号检测单元 710。换句话说，视频帧驱动信号产生单元 702直接接收发光装置的驱动信号的同步信号。

[87] 以下参照图 11 来描述根据本发明的第十实施例的摄像系统 1100。

[88] 摄像系统 1100可以包括视频帧驱动信号产生单元 702、图像釆集生成单元 704、同步信号产生单元 706、驱动信号选择单元 708、信号检测单元 710和相位调整单元 712。其中，视频帧驱动信号产生单元 702可以包括周期计数子单元 702-2和时序产生子单元 702-4。周期计数子单元 702-2可以同步地对发光装置的实际驱动信号的同步信号的周期或备用同步信号的周期进行计数,并每隔 N个周期产生一个触发信号。时序产生子单元 702-4可以在触发信号的触发下产生用于控制图像釆集生成单元 704的时序。

[89] 实际上，在第六至第十实施例中，视频帧驱动信号产生单元 702 也可以包括周期计数子单元 702-2和时序产生子单元 702-4。

[90] 以下，在发光装置为信号灯以及图像釆集生成单元 210为高清视频釆集单元的情况下，对摄像系统 1100进行描述。

[91] 由于视频是由图片组成，每一帧视频图像就是一张图片，如果实现每一张图像的曝光和信号灯同步，则实现了实现信号灯与相机每帧视频曝光同步。可以将上述方案理解为从图片的角度去实现信号灯与相机每帧视频曝光同步。

[92] 信号检测单元 710可以检测外部信号灯的同步信号。在信号检测单元 710检测到外部信号灯的同步信号的情况下，驱动信号选择单元 708可以选择外部信号灯的驱动信号的同步信号，并将该同步信号输出到周期计数子单元 702-2。在信号检测单元 710未检测到外部信号灯的同步信号的情况下，驱动信号选择单元 708可以选择同步信号产生单元 706产生的同步信号。驱动信号选择单元 708将所选择的同步信号输出到周期计数子单元 702-2。周期计数子单元 702-2可以同步地对发光装置的实际驱动信号的同步信号的周期或备用同步信号的周期进行计数，并每隔 N个周期产生一个触发信号。

[93] 时序产生子单元 702-4可以在触发信号的触发下产生用于控制图像釆集生成单元（高清视频釆集单元）的时序。

[94] 相位调整单元 712对时序产生子单元 702-4产生的时序中的视频帧驱动信号的相位进行 0-360度的调节，使得视频帧的曝光程度适当。

[95] 通 i± ^目位调整，在视频中信号灯处于一个合适的亮度，使得视频帧不过曝，从而例如能够准确区分信号灯的状态。这个合适相位的调整可以与现场相关，也可以与信号灯（例如， LED ) 的特性相关。

[96] 通过上述，使得视频图像中的每一帧图像曝光时间都和信号灯保持同步，不仅能够满足电子警察抓拍用，也能作为十字路口录像用，能够完成的记录事件发生时刻的信号灯状态。其次，可以通过同步相位的调整，保持某一个特定相位使得信号灯在白天和晚上效果良好，解决晚间信号灯区域过曝的问题。最后，在实现高清智能网络相机与交通信号灯同步时，对整个视频的帧率影响很小。

[97] 在第六至第十一实施例中，可以才艮据图像釆集生成单元 704的前端图像传感器的最大视频帧率来确定 N值。

[98] 在以下的描述中， / 为同步信号产生单元 706所产生的备用同步信号的频率， /_ν为视频帧驱动信号产生单元 702所产生的视频帧驱动信号的频率。

由于要使发光装置的驱动信号与图像釆集生成单元 704釆集视频帧所用的视频帧驱动信号的频率保持同步，所以 /和/^需要满足倍数关系，即 /w =N x/_v, 或 /_v =N x/_ferf, 其中， N为大于或等于 1的整数。

[99] 以下，在满足关系式 /_terf =N x/_v的情况下，进行推导。

[100] 目前全球范围内市电的频率为 50/60Ηζ。如果发光装置的驱动信号是从市电通过半波整流出来的，则发光装置的频率 /^为 50/60Ηζ。如果发光装置的驱动信号是从市电通过全波整流出来的，则发光装置的频率为 100/120Hz。

[101] 视频帧率（即，视频帧驱动信号的频率）可能受到图像釆集生成单元 704的前端图像传感器的限制。假设前端图像传感器的工作的最大时钟频率为则最大视频帧率 /_WflX=/_dA H*V, 其中， H表示每一行需要多少个时钟频率， V表示一帧图像需要多少个行。尽管不同的前端传感器帧率是不同的，但是对于某一个特定的前端图像传感器是固定的。

[102]

[103] v If =f_ledl ( N x/ =N0 N。

[104] 通过上述推导，可以确定 N的值。

摄像方法

[105] 以下参照图 12来描述根据本发明的第十一实施例的摄像方法。

[106] 在步骤 1202 中，检测发光装置的实际驱动信号的同步信号的相位与理想驱动信号的同步信号的相位之间的相位差并产生用于表示相位差的相位差信号。其中，实际驱动信号和理想驱动信号均为交流信号。例如，发光装置可以是交通信号灯、路灯或者其他用交流驱动信号驱动的发光装置。

[107] 在步骤 1204 中，产生与相位差信号相对应的第一时钟信号。在步骤 1206中，在第一时钟信号的控制下产生发光装置的理想驱动信号的同步信号。在步骤 1208中，在第一时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号。在步骤 1210中，响应于视频帧驱动信号釆集视频帧以产生视频。

[108] 在根据第十一实施例的摄像方法中，还可以检测发光装置是否发光并产生独立的第二时钟信号。在检测到发光装置发光的情况下，在第一时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号，以及在检测到发光装置未发光的情况下，在第二时钟信号的控制下产生视频帧驱动信号。

[109] 在根据第十一实施例的摄像方法中，还可以调整视频帧驱动信号的相位使得视频帧的曝光程度适当，并响应于经过调整的视频帧驱动信号釆集视频帧以产生视频。

[110] 在才艮据第十一实施例的摄像方法中，理想驱动信号的同步信号的频率和视频帧驱动信号的频率是倍数关系。换句话说，理想驱动信号的同步信号的频率可以是视频帧驱动信号的频率的 N倍。相反，视频帧驱动信号的频率可以是理想驱动信号的同步信号的频率的 N倍。这里， N是大于或等于 1的整数。 [111] 可以根据可用于釆集视频帧的最大视频帧率来确定倍数 N

[112] 在以下的描述中，为理想驱动信号的同步信号的频率， /为视频帧驱动信号的频率。

[113] 由于要使发光装置的驱动信号与釆集视频帧所用的视频帧驱动信号的频率保持同步，所以 ^和需要满足倍数关系，即 f_led =N x v, 或 /_ν =Ν χ/ , 其中， Ν为大于或等于 1的整数。

[114] 以下，在满足关系式 /_terf =N x/_v的情况下，进行推导。

[115] 目前全球范围内市电的频率为 50/60Ηζ。如果发光装置的驱动信号是从市电通过半波整流出来的，则发光装置的频率 /^为 50/60Ηζ。如果发光装置的驱动信号是从市电通过全波整流出来的，则发光装置的频率 fle_rf为 100/120Hz

[116] 视频帧率（即，视频帧驱动信号的频率）可能受到可用于釆集图像的图像釆集生成单元的前端传感器的工作时钟频率的限制。假设前端图像传感器的工作的最大时钟频率为 f_clk , 则最大视频帧率 f =fH 其中， H表示每一行需要多少个时钟频率， V表示一帧图像需要多少个行。尽管不同的前端传感器帧率是不同的，但是对于某一个特定的前端图像传感器 /_Wfl^是固定的。

[117]

如果 NO为整数，则 N=N0。如果 NO为非整数，则 N=[N0]+1。其中， [NO]表示对 NO取整数。

[118] v Ifmax =fledl ( N X/ ) =N0 N

[119] 通过上述推导，可以确定 N的值。即， N的值受到前端图像传感器的最大时钟频率 f_clk的限制。

[120] 类似地，在需要满足关系式 /_v =N x/_terf的情况下，可以通过类似推导，得到 Ν的值，在此不再赘述。

[121] 以下参照图 13来描述根据本发明的第十二实施例的摄像方法。

[122] 该摄像方法开始于步骤 1302, 即，系统上电。在步骤 1304中，检测是否有发光装置（信号灯）的驱动信号的同步信号，即，检测发光装置是否发光。

[123] 如果未检测到信号灯的驱动信号的同步信号，则在步骤 1306 中，选择外部晶帧模块产生的时钟信号。之后，在步骤 1308中，以非信号灯同步模式釆集视频。 [124] 如果检测到信号灯的驱动信号的同步信号，则在步骤 1310中，产生第一时钟信号。稍后将在步骤 1318、步骤 1320和步骤 1322中描述如何产生第一时钟信号。

[125] 在步骤 1312 中，以第一时钟信号为基准产生触发信号。在步骤 1314中，调整触发信号相对于理想驱动信号的同步信号的相位。在步骤 1315中，根据触发信号产生视频帧驱动信号。在步骤 1316中，响应于视频帧驱动信号釆集视频帧以产生视频。

[126] 在步骤 1318中，产生理想驱动信号的同步信号。在步骤 1320 中，检测来自信号灯的实际驱动信号与理想驱动信号之间的相位差。在步骤 1322中，对相位差信号进行低通滤波以滤除高频噪声。接着，在步骤 1310中，才艮据滤波后的相位差信号产生第一时钟信号。

[127] 以下参照图 14来描述根据本发明的第十三实施例的摄像方法。

[128] 在步骤 1402 中，可以每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的 N个周期产生一个视频帧驱动信号，其中， N为大于或等于 1 的整数，其中，实际驱动信号为交流信号。例如，发光装置可以是交通信号灯、路灯或者其他用交流驱动信号驱动的发光装置。在步骤 104 中，可以响应于视频帧驱动信号釆集视频帧以产生视频。

[129] 在根据第十三实施例的摄像方法中，还可以产生备用同步信号，并检测发光装置是否发光。其中，备用同步信号与发光装置的实际驱动信号的同步信号的理想频率同频。在检测到发光装置发光的情况下，可以每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的 N个周期产生一个视频帧驱动信号，以及在检测到发光装置未发光的情况下，可以每隔备用同步信号的 N个周期产生一个视频帧驱动信号。

[130] 根据本发明的第十三实施例的摄像方法，还可以调整发光装置帧的曝光程度适当。可以每隔经过调整的实际驱动信号的同步信号的 N个周期或备用同步信号的 N个周期产生一个视频帧驱动信号。

[131] 可选地，可以调整视频帧驱动信号的相位使得视频帧的曝光程度适当，并响应于经过调整的视频帧驱动信号釆集视频帧以产生视频。

[132] 可选地，该摄像方法可以包括以下步骤：产生帧同步信号，其中，帧同步信号的频率为最大视频帧率；检测发光装置是否发光；以及在检测到发光装置发光的情况下，每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的 N个周期产生一个视频帧驱动信号，以及在未检测到发光装置发光的情况下，响应于帧同步信号的周期来釆集视频帧。

[133] 其中，可以根据可用于釆集视频帧的最大视频帧率来确定 N 值。

[134] 在以下的描述中，为理想驱动信号的同步信号的频率， /为视频帧驱动信号的频率。

[135] 由于要使发光装置的驱动信号与釆集视频帧所用的视频帧驱动信号的频率保持同步，所以 ^和需要满足倍数关系，即 f_led =N x v, 或 /_ν =Ν χ/ , 其中， Ν为大于或等于 1的整数。

[136] 以下，在满足关系式 /_terf =N x/_v的情况下，进行推导。

[137] 目前全球范围内市电的频率为 50/60Ηζ。如果发光装置的驱动信号是从市电通过半波整流出来的，则发光装置的频率 /^为 50/60Ηζ。如果发光装置的驱动信号是从市电通过全波整流出来的，则发光装置的频率 /^为 100/120Ηζ。

[138] 视频帧率（即，视频帧驱动信号的频率）可能受到用于釆集图像的图像釆集生成单元的前端图像传感器的限制。假设前端图像传感器的工作的最大时钟频率为 ,则最大视频帧率 /_WflX=/_dA H*V,其中， H表示每一行需要多少个时钟频率， V表示一帧图像需要多少个行。尽管不同的前端传感器帧率是不同的，但是对于某一个特定的前端图像传感器是固定的。

[139]

[140] f_v If =f_ledl ( N x/ =N0 N。

[141] 通过上述推导，可以确定 N的值。

[142] 以下参照图 15来描述根据本发明的第十四实施例的摄像方法。

[143] 该摄像方法开始于步骤 1502, 即，系统上电。接着在步骤 1504 中，检测是否有信号灯的驱动信号的同步信号。如果未检测到信号灯的驱动信号的同步信号，则在步骤 1506 中，在非信号灯同步模式下釆集视频帧并生成视频。

[144] 如果检测到信号灯的驱动信号的同步信号，则在步骤 1508 中确定是否达到设定的同步相位。在未达到同步相位时，重复步骤 1508 接下来在步骤 1510中，对信号灯的驱动信号的同步信号进行计数。

[145] 如果计数到 N,则在步骤 1512中产生同步图像时序组合。接下来在步骤 1514中，在同步图像时序组合的控制下釆集视频帧并生成视频。

[146] 通过该方法，使每一帧视频数据曝光和交通信号灯同步并保持某个特定相位，从而视频或者抓拍图片整体亮度和局部信号灯的亮度都保持恒定。这样，在照片或视频中都能够记录有效的信号灯信息。

[147] 以下描述以高清视频釆集单元和信号灯为例，来描述如何计算 N的值。假设高清视频釆集单元的最高帧率（即，视频帧驱动信号的频率）为 15 fps。该帧率受到图像釆集生成单元的前端图像传感器的时钟频率的限制。釆用的交通信号灯的驱动信号是从市电通过全波整流出来的，所以在国内市电为 50Hz 条件下，信号灯的频率为 100Ηζ。即已知 /„100HZ /_WflX=15Hz

[148] 首先通过以下计算来确定 N的值。

[149] 存在关系 /ferf//„^=N0。如果 NO为整数，则 N=N0。如果 NO为非整数，则 N=[N0]+1。这样， N=7

[150] 所以由 /_ferf=N x/_v, 得到/ =(100/7)Hz

[151] 所以，帧率的损失率满足以下关系式：

[152] 帧率的损失率 = (f_max-f_v ) If =l-f_ledl ( N x/ ) =1-[100/ ( 7 X 15 ) ]=4.76%

[153] 以下参照图 16来描述在进行相位调整时如何选择适当的相位。假设发光装置是发光二极管（LED )来进行以下描述。

[154] 如图 16所示， LED发光能量曲线分 4个区。 A区表示信号灯 LED发光二极管截止区，即 LED发光管不导通， LED不发光。 B区表示信号灯 LED发光二极管的工作区，即 LED发光二极管导通，电压逐渐升高， LED发光光经流的电流变大，发光管由暗变亮发光。 C 区表示信号灯 LED发光二极管的饱和区，即 LED发光二极管电流已经饱和，电压再升高，电流也不变化， LED发光管也保持原来亮度。

D区表示信号灯 LED发光二极管的工作区，即 LED发光二极管导通，电压逐渐下降， LED发光光经流的电流变小，发光管由亮变暗发光。 [155] 通目位调整单元 218或相位调整单元 712对输入至其的信号的相位进行调整，使得视频帧的曝光时间落在 C区和 D区之间。这样可以解决晚间由于整体场景过暗，曝光时间过长造成信号灯局部区域产生过曝问题又能兼顾白天曝光时间过短而造成信号灯区域过暗问题。

[156] 以下是使得视频曝光于信号灯同步相位落在 C区和 D区之间原因分析。由于相机釆用自动曝光，在智能交通应用中由于要看清车牌，车辆外型，颜色等信息，又避免拖尾造成图像模糊，最大曝光时间有限制，一般为 5ms左右，所以自动曝光时间为 0-5ms, 我们要综合考虑白天照度很高，和晚上照度很低时候信号灯状态都要清晰可辨。

[157] 对于白天照度很高时候，自动曝光的曝光值一般很小，可能曝光值小于 lms。此时曝光时间最好落在 C区域，使得信号灯不会因为曝光时间短而变得太黑以至于无法辨别信号灯状态。

[158] 对于晚上照度 4艮低，自动曝光时间肯定是在最大曝光时间工作即 5ms左右；由于曝光时间变大，信号灯再曝光时间内的能量和比较大，但是从图 16的信号灯能量曲线可以看出，当曝光时间比较大时候信号灯已经 D区。使得 LED在相同时间内能量没有 C区间高，所以使得信号灯区域也不会因为曝光时间过长而造成过曝。

[159] 在实际应用中，由于现场情况的差别，以及相机最大曝光时间，最小曝光时间的差别，信号灯内部 LED管子特性的差异，可能 A、 B、 C和 D区域大小会有所不同，但上述调整的方法和策略都为有效。

[160] 通过上述实施例，使得所釆集的视频帧都与发光装置的驱动信号同步。

[161] 通过本发明给出的技术方案，可以使高清智能网络相机的每一帧视频数据曝光和频闪 LED外部光源同步，保持某个特定相位，使得视频和抓拍的亮度都保持恒定。在照片或视频中都能够记录有效的视频和图像信息。

[162] 虽然已经详细说明了在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和 /或分解后重新组合的。这些分解和 /或重新组合应视为本发明的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和 /或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

[163] 应该强调，术语 "包括 /包含"在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

[164] 虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims

权利要求书

1. 一种摄像系统，用交流驱动信号驱动的发光装置被布置在所述摄像系统附近，所述摄像系统包括：

视频帧驱动信号产生单元，用于每隔所述发光装置的实际驱动信号的同步信号的 N个周期产生一个视频帧驱动信号，其中， N为大于或等于 1的整数；以及

图像釆集生成单元，用于响应于所述视频帧驱动信号釆集视频帧以产生视频。

2.根据权利要求 1所述的摄像系统，还包括：

同步信号产生单元，用于产生备用同步信号，所述备用同步信号与所述发光装置的实际驱动信号的同步信号的理想频率同频；

信号检测单元，用于检测所述发光装置是否发光；以及

驱动信号选择单元，在所述信号检测单元检测到所述发光装置发光的情况下，将所述实际驱动信号的同步信号提供给所述视频帧驱动信号产生单元，以及在所述信号检测单元未检测到所述发光装置发光的情况下，将所述备用同步信号提供给所述视频帧驱动信号产生单元，其中，

所述视频帧驱动信号产生单元对所述驱动信号选择单元所提供

3.根据权利要求 2所述的摄像系统，还包括：

相位调整单元，用于调整所述发光装置的所述实际驱动信号的同步信号的相位或所述备用同步信号的相位使得所述视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的所述实际驱动信号的同步信号或所述备用同步信号发送给所述视频帧驱动信号产生单元。

4.根据权利要求 2所述的摄像系统，还包括：

相位调整单元，用于调整所述视频帧驱动信号的相位使得所述视频帧的曝光程度适当，并将经过调整的所述视频帧驱动信号发送给所述图像釆集生成单元。

5.根据权利要求 1所述的摄像系统，其中，所述视频帧驱动信号产生单元包括：

周期计数子单元，用于同步地对所述发光装置的所述实际驱动信号的同步信号的周期或所述备用同步信号的周期进行计数，并每隔 N 个周期产生一个触发信号；以及

时序产生子单元，用于在所述触发信号的触发下产生用于控制所述图像釆集生成单元的时序。

6.根据权利要求 1至 5中任一项所述的摄像系统，其中，根据所述图像釆集生成单元的前端图像传感器的最大视频帧率来确定 N值。

7. 一种摄像方法，包括：

每隔发光装置的实际驱动信号的同步信号的 N个周期产生一个视频帧驱动信号，其中， N为大于或等于 1的整数，其中，所述实际驱动信号为交流信号；以及

响应于所述视频帧驱动信号釆集视频帧以产生视频。

8.根据权利要求 7所述的摄像方法，还包括：

产生备用同步信号，所述备用同步信号与所述发光装置的实际驱动信号的同步信号的理想频率同频；

检测所述发光装置是否发光；以及

在检测到所述发光装置发光的情况下，每隔所述发光装置的所述实际驱动信号的同步信号的 N个周期产生一个视频帧驱动信号，以及在未检测到所述发光装置发光的情况下，每隔所述发光装置的所述备用同步信号的 N个周期产生一个视频帧驱动信号。

9.根据权利要求 8所述的摄像方法，还包括：

调整所述发光装置的所述实际驱动信号的同步信号的相位或所述备用同步信号的相位使得所述视频帧的曝光程度适当；以及

每隔经过调整的所述实际驱动信号的同步信号的 N个周期或所述备用同步信号的 N个周期产生一个视频帧驱动信号。

10.根据权利要求 8所述的摄像方法，还包括：

调整所述视频帧驱动信号的相位使得所述视频帧的曝光程度适当以及响应于经过调整的所述视频帧驱动信号釆集视频帧以产生视频。

11.根据权利要求 7至 10中任一项所述的摄像方法，其中，根据可用于釆集视频帧的最大视频帧率来确定 N值。